Экология: биология взаимодействия. 6.02. Демографический взрыв

 

6.01. Экологический кризис современности

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 6. Экология человека и охрана природы

6.03. Демографический переход

6.02. Демографический взрыв

Вас не удивило, что главной причиной экологического кризиса современности мы назвали рост численности человечества? Прежде всего, следует рассмотреть, как именно он происходил. Разные источники приводят разные оценки, однако общий характер роста численности человечества не вызывает сомнений.

Когда наш вид возник в Африке, его численность не могла превышать сотен тысяч особей, а в некоторые промежутки времени она, как мы уже говорили, снижалась до нескольких десятков особей. Расселившись по Евразии, наш вид достиг численности в несколько миллионов, прошел кризис неолитической революции и начал неуклонно расти (табл. 6.2.1). Этот рост тормозился только во время эпидемий «черной смерти» в средневековой Европе, где тогда жила значительная часть всего человечества. Как вы можете увидеть, этот рост был ускоряющимся, и при этом он ускорялся даже быстрее, чем должен был бы в соответствии с экспоненциальной моделью. Именно такое лавинообразное ускорение роста численности человечества дает основание называть его демографическим взрывом.

Таблица 6.2.1. Рост численности человечества (N)

Год

N, млн.

 

Год

N, млн.

 

Год

N, млн.

 

Год

N, млн.

10000 до н.э.

4

400

190

1500

425

1940

2300

8000 до н.э.

5

500

190

1600

545

1950

2400

5000 до н.э.

5

600

200

1650

470

1960

3020

4000 до н.э.

7

700

210

1700

600

1970

3700

3000 до н.э.

14

800

220

1750

790

1974

4000

2000 до н.э.

27

900

226

1800

980

1980

4430

1000 до н.э.

50

1000

310

1815

1000

11.07.1987

5000

750 до н.э.

60

1100

301

1850

1260

1990

5260

500 до н.э.

100

1200

360

1900

1650

12.10.1999

6000

400 до н.э.

160

1250

400

1910

1750

2000

6070

200 до н.э.

150

1300

360

1920

1860

19.12.2005

6500

0

170

1340

443

1927

2000

2007

6576

200

190

1400

350

1930

2070

? 2050

~8500

 

Результаты моделирования роста человечества показывают, что его прирост пропорционален не численности особей, как в экспоненциальной модели, а ее квадрату. Рост человечества ускоряется не пропорционально его численности, а существенно быстрее, удвоению численности человечества соответствует увеличение скорости его роста в четыре раза! Такой рост называется гиперболическим (рис. 6.2.1). Прирост населения согласно этой гиперболической модели описывается уравнением dN/dt=N2/C, где C — константа (сравните эту формулу с экспоненциальным уравнением!).

Рис. 6.2.1. Линейный (А.), экспоненциальный (Б.) и гиперболический (В.) рост (Капица, 1999)

В парадоксальной форме о гиперболическом росте человечества сообщил один из основоположников кибернетики Хайнц фон Ферстер, который опубликовал (вместе со своими коллегами) в 1960 г. статью под названием «Конец света: пятница 13 ноября 2026 года». По имевшимся в распоряжении фон Ферстера данным, если бы численность человечества продолжала расти теми же темпами, что и ранее, в этот день она достигла бы бесконечности! Естественно, это невозможно. Значит, следует ожидать каких-то принципиальных изменений, которые остановят рост численности человечества. Осталось понять, какими будут эти изменения.

Ханцу фон Ферстеру и его коллегам удалось показать, что изменение численности человечества (в промежутке времени с 1 года нашей эры до 1958 года) удивительно точно описывается неожиданно простой формулой: Nt=C/(t0–t), где Nt — численность человечества в момент времени t, а C и t0 — константы. Величину t0 можно интерпретировать, как момент, когда численность человечества достигает бесконечности. В вычислениях фон Ферстера он оказался равен 2026,87, что соответствует 13 ноября 2026 года. Надо же, этот день оказался не просто тринадцатым числом, а еще и пятницей! Знаменатель дроби, выражение t0–t, означает просто количество лет до «конца света». С подстановкой соответствующих коэффициентов уравнение фон Ферстера имеет вид Nt=215 000/(2027–t).

После работы фон Ферстера и соавторов их выводы были многократно перепроверены и подтверждены. Описываемый этим уравнением рост продолжался до 1970-х годов (а потом человечество начало «отставать». Более того, как показал российский ученый С.П. Капица, гиперболическое уравнение начало с приличной точностью «работать» при описании численности человечества еще за несколько миллионов лет до нашей эры — т.е. еще до появления вида Homo sapiens!

«С раннего детства я помню, что тогда в мире жило 2 млрд. человек, а сейчас нас 6 млрд. Тем самым моя жизнь протекала в период самого крутого роста численности населения планеты» (С.П. Капица, 1999).

Естественно, у нас нет точных данных о численности населения планеты за какой бы то ни было период ее истории. Даже сейчас, в эпоху всеобщих переписей населения, данные о численности Земли весьма приблизительны. А к примеру, численность населения Земли, когда ее населял Homo erectus, приходится определять по косвенным данным. Однако от уравнения фон Ферстера, как от всякой модели, не следует требовать абсолютной точности. Зато получить оценку, неплохо согласующуюся с имеющимися данными, оно позволяет вполне.

Гиперболическая зависимость применима только к численности всего человечества как целого, а не к населению отдельных стран. Это определяется взаимодействием частей человечества, как единого целого. Самое вероятное объяснение описанной особенности роста численности человечества таково. Чем больше людей живет на Земле, тем интенсивнее идет технологический прогресс, тем шире становится экологическая ниша нашего вида и больше доступная для него емкость среды, тем быстрее растет численность человечества, тем больше в нем появляется потенциальных изобретателей и тем быстрее идет технологический прогресс…

Мы знаем, что никакая популяция не способна расти экспоненциально в течение неограниченного времени — рано или поздно ее рост сменится или торможением, или катастрофой. Рост человечества также неизбежно должен остановиться.

Сейчас каждую секунду на Земле рождается 4,1 человека и 1,8 человека умирает.

Самые населенные страны мира: Китай (1,3 млрд. человек), Индия (1,1 млрд.), США (297 млн.), Индонезия (223 млн.), Бразилия (181 млн.), Пакистан (146 млн.), Бангладеш (144 млн.), Россия (142 млн.) и Нигерия (138 млн. жителей).

Около половины ожидаемого прироста населения за 2005-2050 годы придется на 9 стран. Это (в порядке важности) Индия, Пакистан, Нигерия, Конго, Бангладеш, Уганда, США, Эфиопия и Китай.

Население Африки увеличивается на 2,3% в год, а Европы — сокращается на 0,02%. Начиная с 1993 года население Украины непрерывно снижается. Перепись в декабре 2001 года зарегистрировала 48 миллионов 457 тысяч человек, а в 1989 году — 51 миллион 450 тысяч.

Из 454 городов Украины пять имеют численность населения более миллиона, 9 — от 500 тыс. жителей до миллиона, 37 — от 100 до 500 тыс. человек. В Киеве живет более 2,6 млн. человек, в Харькове — 1470 тыс., в Днепропетровске — 1065 тыс., Одессе — 1029 тыс., Донецке — 1016 тыс.

Сообщается, что снижение численности населения несколько затормозилось. Неизвестно, насколько эта тенденция будет сохраняться. Правительства и Украины, и России исходят из предположения, что для стимулирования рождаемости необходимо увеличивать денежную поддержку матерей. При всей важности такой поддержки, снижение численности населения — процесс не столько экономический, сколько социальный.

Особенно существенно изменение приоритетов в городах, где оно может быть обусловлено не только социальными, но и биологическими процессами. Всякое социальное взаимодействие — это стресс. При избытке стрессовой нагрузки происходит существенное снижение репродуктивного потенциала, особенно у мужчин.

На Земле растет не только численность населения, но и уровень жизни и промышленности. Более поздние исследования показали, что если бы фон Ферстер и его коллеги имели бы данные о росте мирового валового внутреннего продукта (ВВП) за период с 1 года нашей эры до 1973 года, они смогли бы вычислить также и срок наступления экономического «конца света». Как ни сложно сравнить изготовление сушеных фиников в Древнем Риме и выпуск самолетов в современном мире, какая-то сравнительная оценка объемов этих производств возможна. ВВП растет еще быстрее, чем численность населения — в квадратично-гиперболической зависимости. В соответствии с квадратично-гиперболической моделью, ВВП человечества должен был бы стать бесконечно большим в субботу, 23 июля 2005 года. Вы ничего не заметили в этот день? Это означает, что те зависимости, которые определяли рост мировой экономики на протяжении всей ее истории, перестали действовать. Это произошло во время жизни значительной части сегодняшнего населения Земли. Обратите внимание: «перелом» коснулся и экономики, и роста численности населения, которые сейчас изменяются с нарастающим отставанием от описанных нами моделей.

Кстати говоря, в соответствии со значением терминов «кризис», «катастрофа» и «коллапс», о которых мы говорили в начале главы, кризис УЖЕ перешел в катастрофу — изменение характера системы. Теперь стоящая перед нами задача — не допустить перехода катастрофы в коллапс.

«У тех читателей, которым не знакомы математические модели гиперболического роста численности населения мира, может к этому моменту уже накопиться много недоуменных вопросов. Каким образом долгосрочная макродинамика самой сложной социальной системы может описываться со столь высокой точностью такими простыми уравнениями? Почему эти уравнения столь странно выглядят? В самом деле, почему мы можем получить столь точную оценку численности населения мира в год x (вплоть до 70-х гг. прошлого века) путем вычитания x из некоего «года Конца света» с последующим делением некоей константы на полученную разность? И почему для получения оценки мирового производства ВВП на этот год мы должны перед делением данную разность еще возвести в квадрат? Почему гиперболический рост численности населения мира сопровождался квадратично-гиперболическим ростом мирового ВВП? Что это — совпадение? Или гиперболический рост численности населения мира и квадратично-гиперболический рост мирового ВВП являются просто двумя сторонами одной медали, двумя тесно взаимосвязанными составляющими некоего единого процесса?» (А.В. Коротаев и др., 2007).

Вероятно, данные процессы действительно тесно взаимосвязаны. Рост численности населения влияет на технологический прогресс и на повышение эффективности экономики, а эти факторы, в свою очередь, стимулируют дальнейший рост численности населения.

Итак, перелом роста численности человечества произошел в 70-х годах XX века. Именно тогда человечество отстало от темпов роста, «предписываемых» уравнением гиперболического роста, войдя в демографический переход (см. пункт 6.3). Ориентировочно можно сказать, что до 70-х гг. население возрастало на 2% в год, сейчас — менее чем на 1,5% (пик преодолен). До того, как рост человечества начал замедляться, производство пищи росло на 2.3% в год, а сейчас оно составляет менее 2%. Но биосфере приходится платить за этот рост очень серьезную цену. При нынешней технологии двухпроцентный рост производства пищи обеспечивается ростом потребления энергии на 5%, водопотребления — на 7%, производства удобрений — на 7%, ядохимикатов — на 10%. Вероятно, в XXI веке численность населения увеличится менее чем вдвое, а потребление ресурсов и энергии возрастет в 5–6 раз. Впрочем, главная проблема нынешнего человечества состоит даже не в этом. Оно живет благодаря использованию энергии ископаемого топлива, которое неминуемо закончится. Даже нынешнее существование оказывается возможным только благодаря использованию ресурсов нынешних экосистем — продукции, воды, почвы. Что будет после того, как ископаемое топливо закончится, а увеличивать нагрузку на экосистемы станет невозможным?

Одна из версий ответа на этот вопрос предусматривает, что человечество «что-нибудь придумает», как придумывало до сих пор. К сожалению, до сих пор нет надежды на то, что человечество сможет поддерживать необходимые качества среды благодаря своим технологиям. Самый масштабный эксперимент такого рода был проведен в конце XX века в Аризоне. Там была создана «Биосфера-2» («Биосферой-1» устроители эксперимента посчитали земную биосферу). На площади 1,3 га разместился изолированный купол с разнообразными элементами экосистем, которые должны были поддерживать жизнь 8 людей-добровольцев. В 1991 году оболочка «Биосферы-2» была замкнута. Через 15 месяцев герметичность оболочки пришлось нарушить, так как внутри нее интенсивность фотосинтеза и количество кислорода упали ниже критического уровня. Из 25 видов позвоночных, помещенных под купол, 18 вымерло; вымерли все насекомые-опылители; нарушилась «естественная» очистка воды и воздуха. Основным итогом эксперимента стало признание того, что нам неизвестны многие детали механизма, обеспечивающего стабильное существование экосистем.

 

6.01. Экологический кризис современности

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 6. Экология человека и охрана природы

6.03. Демографический переход